DB52T 1104-2016 半導體器件結-殼熱阻瞬態(tài)測試方法

DB52DB52/T1104—2016半導體器件結-殼熱阻瞬態(tài)測試方法Junction-to-casethermalresistancetransienttestmethodofsemiconductordevices（JESD51-142010，TransientDualInterfaceTestMethodfortheMeasurementoftheThermalResistanceJunctiontoCaseofSemiconductorDeviceswithHeatFlowTroughaSinglePath，MOD）2016-04-01發(fā)布2016-10-01實施貴州省質量技術監(jiān)督局發(fā)布I 1 1 1 1 1 6 7本標準使用重新起草法修改采用JESD51-142010《測量具有單一熱流路徑的半導體器——將JESD51-142010第4.2部分定義的無/有導熱硅脂或熱油兩種測試狀態(tài)——刪除了JESD51-142011GB/T14862半導體集成電路封裝結到時間的變化曲線計算出瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線；通過給被測器件的管殼施加兩種不同的散熱方式，作出兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線，將兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)曲線繪制在同一坐標系中，兩條瞬態(tài)熱阻抗Zth(J-C)25.2測試電原理圖測試電原理見圖1。加熱電流班被測器件采樣保持電路加熱電壓VH溫度敏感參數(shù)TSP采樣保持電路采樣控制脈沖圖1測試電原理圖5.3測試步驟5.3.1測試被測器件的熱敏系數(shù)(K-系數(shù))被測器件的熱敏系數(shù)K按照GB/T14862中4.4.4所述方法測量。5.3.2測試溫度敏感參數(shù)(TSP)曲線先接通圖1中開關K1-1、K1-2,給被測器件(芯片)接通恒定加熱電流lH,加熱器件，使其達到熱平衡(直到結溫保持恒定);達到熱平衡后，記錄好最終加熱電壓VH及加熱電流IH。斷開K1-1、K1-2開關，切斷加熱電流Im,接通K2-1、K2-2開關，給被測器件(芯片)接通恒定測試電流I,測試、保存被測器件的溫度敏感參數(shù)，采樣速率應為每十倍時間至少取樣50次，直至達到冷態(tài)平衡，測試時序見圖2。Vtt圖2測試時序圖3根據(jù)被測器件的熱敏系數(shù)(K-系數(shù))和溫度敏感參數(shù)值計算出結溫T(t),結溫的計算方法按照GB/T14862中4.4.4,并繪制出結溫曲線。圖3所示為采用冷卻法得到的結溫曲線。圖3冷卻法結溫曲線的半對數(shù)坐標圖5.3.4偏差校正由于在切斷加熱電流的瞬間存在干擾，導致從t?到t?之間采集的溫度敏感參數(shù)是無效的，必須丟棄但這段時間內的結溫變化△T(tat)又不能忽略。根據(jù)在短時間內，結溫變化△T?(t)與時間的平方根√f之間存在近似線性關系，可通過曲線擬合方式得到t?到t?之間丟棄的結溫曲線。切斷加熱電流瞬間的初始結溫To的確定圖見圖4。4圖4確定初始結溫TJo如果被測器件的芯片提供獨立的加熱和測試結構，還可記錄加熱曲線(恒定加熱功率),而不是冷卻曲線。但是，必須注意在加熱時間內，保持功率損耗恒定。可進行類似的偏差校正，但必須采用公式當t>tcut(2)5.4瞬態(tài)雙界面測量5.4.1低導熱條件下的Zthy-c)曲線將被測器件與散熱器接觸面上的粘附材料仔細清理干凈，被測器件直接安裝在散熱器上，切勿使用任何熱界面材料，見圖5(a)。按5.3所述方法進行Zho-c測量，繪制出的Zh(J-o曲線被稱為ZthO-010在被測器件與散熱器的接觸面上涂上一層薄薄的導熱硅脂或熱油，見圖5(b)。按5.3所述方法進5導熱硅脂或熱油圖5瞬態(tài)雙界面測量安裝示意圖(b)——高導熱條件安裝示意圖(1)—低導熱環(huán)境時瞬態(tài)熱阻抗曲線 104被測器件安裝散熱條件的不同，導致Zho-c曲線(圖6)在時間點ts時明確分離。由于兩條Zho-o曲線在熱流進入熱界面層時開始分離，此處Ztno-o(ts)接近穩(wěn)態(tài)熱阻RmO-0。對Zho-c)曲線的分離點情況進行離點，這一差異應明顯大于Zha-o曲線測量點的離散值。6出于完整性，與測量的結殼熱阻Rth(J-C)一起，應當報告有關所有試驗條件和確定數(shù)值的數(shù)據(jù)評估方法的信息；有關與熱數(shù)據(jù)一起提供的信息，參見表1。如冷卻/加熱曲線PH值，lM，Zth(J-C)1,7(規(guī)范性附錄)A.1分離點的定義嚴格來說Zth(-c曲線并沒有明確分離點，但是曲線之間的差值會在某段時間范圍內加大(圖A.1)。因此有必要對這個時間ts進行更精確的定義。a(z)=Za-o(t=exp(z))forz=1n(t)...80.000010.00019......................定義Zto-01和Zth(-02曲線的分離點為8曲線與某個限值e相交時的最大時間值ts。結-殼熱阻R根據(jù)以上定義，RthO-o值即為限值e函數(shù)。為了與傳統(tǒng)的結殼熱阻定義保持一致，限值e必須進行選擇，以便得出的Rmo-c)與穩(wěn)態(tài)熱阻盡量靠近。因半導體器件的實際穩(wěn)態(tài)RthO-0不可提前得知(也不可通過其它方法進行精確測量),因此需依靠有限元模擬來進行正確的e計算。有限元模擬顯示出ε的數(shù)值取決于芯片尺寸和引線框幾何形狀。總體趨勢來說，Rta-c)較小的半導體器件的e值較小，Rth(-o值較高的e數(shù)值較大。o圖A.4Rth(-c)為δ和ε曲線交叉點的橫坐標根據(jù)對不同芯片的尺寸和引線框幾何形狀的有限元仿真，可用以下走勢線計算得出e:結殼熱阻值RhO-0是δ曲線和e曲線交叉點的橫向坐標，參見圖A.4。為了避免最后結果受到8曲線隨意波動的影響，將用適當?shù)臄M合函數(shù)進行替代，比如指數(shù)擬合曲線。A.3評估步驟第1步：將測量點的時間數(shù)值{t?,...,ta}(以秒為單位)轉化為對數(shù)時間值{z?=ln(t?)}。對數(shù)時間標度最小值(最大值)為zmin(Zmax)。4 -11.51-6.51可根據(jù)通過z四周測量點的最佳擬合直線的斜率△a/△z,計算曲線值。時間t[s]段線性內插計算該值。第3步：計算歸一化差值δ=(da1/dz-da2/dz)/?θ,然后按Zth(J-C第4步：使指數(shù)函數(shù)δ(Zth(J-C))